Electronica

Electronica gy rubenila Ac•Ka6pR 02, 2010 8 pagos INTRODUCCIÓN: La electrónica de potencia ha evolucionado dramáticamente en los ultimos 20 años. El desarrollo en los elementos semiconductores ha propiciado que se puedan ya realizar conversiones de energía de manera eficiente y a nivel altos de potencla. Todo esto ha ayudado a satisfacer las necesidades crecientes de las aplicaciones industriales. Por todo esto, la electrónica de potencia ya es una materia básica en las carreras con enfoque en la electrónica.

Donde los diferentes tipos de conversión de energía CA/CD, CD/CD, CA/CA, CD/CA son nalizadas y estudiadas [1],[2]. En el presente articulo se presenta el diseño de un rectificador trifásico controlado por fase (convertidor CAICO). El circuito consta de tres rtes rincipales: la etapa de control, la etapa de p o entre etapas. org Este tipo de converti ados en la industria S»ipeto para operar en dos c lm e para el control rant de motores CD. La m 110 del circuito mostrado fue presen de utilidad didáctica para estudiantes de licenciatura.

La partes que integran este circuito son basadas en conocimientos básicos de electrónica. Ahora, el trabajo presentado es el resultado de una extensión e un diseño de un convertidor controlado CA/CD monofásico, aplicado como actuador de poten Swipe to View nexr page potenciaen un variador de velocidad de un motor CD [4]. El orden de los puntos a tratar en este articulo se detallan. Primero se introducen las características generales del circuito, posteriormente se explicarán a grandes rasgos las partes que conforman la etapa de control, la etapa de potencia, el acoplamiento entre etapas.

Después, datos y gráficas referentes al circuito se presentan en una sección de implementación y resultados; finalmente el artículo se concluye con algunos omentarios finales. CIRCUITO. El circuito de potencia de CAICD consta de 6 rectificadores controlados de silicio (SCR) los cuales tienen que ser activados individualmente con un ángulo de disparo a. Entre los SCR’s existe un desfasamiento de TE/3 radianes 0 600 (proporcionados por la etapa de control) debido a las características de la alimentación trifásica, como se ve en la Fig. . [pic] Para simplificar la descripción del circuito convertidorCA/CD, este se divide en tres partes generales que serándetalladas a continuación: A. Etapa de control, B. Etapa de acoplamiento, C. Etapa de potencia, D. Red snubber A. Etapa de control En el puente controlado, debido a las propiedades de loselemento de potencia, al variar el ángulo de disparo a delos SCR’s, el voltaje promedio de salida Vcd también cambiará.

Para una carga altamente inductiva, el voltaje promedio de salida esta dado por (1), y para una carga puramente resistiva por (2) [1 voltaje promedio de salida esta dado por (1), y para una carga puramente resistiva por (2) donde Vm es el voltaje máximo entre linea y neutro. Es importante recalcar, que para poder disparar de manera correcta os SCR’s del puente controlado, la etapa de control debe estar coordinada con los voltajes de I(nea [2]. Ahora, la parte de control se puede subdividir en: l. – Comparador 1. Il. – Integrador. III. – Comparador 2.

IV. – Generador del pulso de disparo Cada una de ellas serán expuestas a continuación. l. – Comparador 1 Esta etapa pretende ubicar el cruce por cero entre las fases por medio de comparaciones. Para ello se utilizaron tres transformadores de aislamiento, encargados de reducir el voltaje de línea de 120VRMS con respecto al neutro, hasta 4. 5VRMS. Así, se pretende hacer una comparación entre dichas señales y enerar el pulso de activación correspondiente a cada una de las compuertas de los 6 tiristores como es mostrado en la Fig. 2.

Se busca obtener información del estado de los 6 pares de voltajes de línea (Vac, Vca, Vab, Vba, Vcb, Vbc) y determinar cuando se encuentran en el semiciclo positivo y negativo, ya que esto indica cuando alguno de los tiristores puede ser activado. II. Integrador. La salida de cada uno de los 6 comparadores, la cual es un pulso cuadrado, controla la gene voltaje de rampa que son 31_1f8 obtenidos a partir de un ci dor se generación de un voltaje de rampa que son obtenidos a partir e un circuito Integrador [3]. La señal de los comparadores actúa como reset del circuito integrador.

De manera que cuando un voltaje entre línea y línea es positivo, el voltaje de rampa se activa. El circuito fue implementado con amplificadores operacionales y FET’s, tal y como se muestra en la Fig. 3. Al circuito integrador entra un señal constante de -5V y la constante de integración 1 IRC fue escogida de manera que durante medio ciclo del voltaje de línea (8. 33ms) se obtuviera una rampa de voltaje máximo 5V. Por lo que la salida de este circuito varia entre Oy 5V. III. Comparador 2 Para lograr activar las compuertas de los SCR’s con el ángulo de disparo deseado, se compara la señal de rampa con un voltaje de referencia.

La cual esta implementada por un potenciómetro que hará una variación de OV hasta SV, ver Fig. 4. Por lo que, la señal de referencia especifica el ángulo de disparo a a través de la relación: OV 00 y 5V . 1800 IV. – Generación del pulso de disparo. Finalmente, debe generarse un pulso de disparo para cada SCR, el cual debe tener la amplitud necesaria para una correcta activación. De acuerdo con la Fig. 4, cuando el nivel de rampa es ayor que el de referencia se genera un pulso negativo que pone en saturación a un JFET de canal n.

Esta señal se hace pasar una red RC y así se producirá el pulso de disparo regulado mediante el diod pasar una red RC y así se producirá el pulso de disparo regulado mediante el diodo Zener mostrado en la Fig. 5. Fig. 2. Comparación entre las señales de alimentación mediante amplificadores operacionales. [PiC] Esta señal, puesto que es muy débil en corriente, requiere de una etapa de reforzamiento antes de pasar por los optoacopladores. Esto se logra mediante amplificadores operacionales en onfiguración seguidor de voltaje, ver Fig. 6, el cual nos dará el pulso de activación de las compuertas de los SCR’s esperado.

B. Acoplamiento entre etapas. El acoplamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia se realizó mediante el opto-acoplador MOC3011, ver Fig. 7. Esto es para aislar la etapa de control, la cual trabaja con niveles bajos de voltaje, de la etapa de potencia y así evitar posibles daños en el circuito debido a fallas eléctricas. C. Etapa de potencia. La etapa de potencia la conforman 6 SCR’s. Cada SCR tiene una red Snubbery un circuito de acoplamiento para la activación de as compuertas, como se muestra en la Fig. 8. [picl parásitas y controla la pendiente de la tensión en el semiconductor.

Otro punto importante a cuidar es el dv/dt característico de los SCR’s. En este caso, para el SCR S4025L, el dv/dt es de 100V/ vs. El diseño del arreglo RC de dicha red, se basa en la ecuación A partir de (3), se obtuvieron los valores de 39 ohms y el capacitor de 10 nanofaradios. En donde Vmáximo se refiere al voltaje pico máximo que recibirá el SCR entre cátodo y ánodo que será de 311 volts pico a pico (Vpp) dado por IMP EMENTACION Y RESULTADOS. Ya terminado el circuito se puso a prueba primero en simulación, utilizando Pspice@ y enseguida de manera experimental.

En esta última etapa, se realizaron prácticas de medición, los resultados se muestran a continuación. Se utilizó una carga puramente resistiva con un valor de 47 ohms. Es importante recalcar que debido al diseño propuesto, el ángulo de disparo a de los SCR’s se varía simplemente a través de un potenciómetro con la equivalencia OV — 0c y5V — 1800 . La versatilidad del diseño presentado permite, si se desea, controlar el convertidor CA/CD mediante una señal externa de referencia e O a 5 V, la cual puede ser generada por un microcontrolador o incluso una tarjeta de adquisición y control en una PC.

En las siguientes tres gráficas (Fig. 9-11), se muestran la señal correspondiente al vo taje de salida en la carga y uno de los 6 pulsos de activación de compuerta de correspondiente al voltaje de salida en la carga y uno de los 6 pulsos de activación de compuerta de los SCR’s. Cabe mencionar que al momento de aumentar el ángulo de disparo (voltaje de referencia), el voltaje promedio en la salida dismnuirá y viceversa. En la Fig. 9 se muestra el voltaje promedio de salida en la carga orrespondiente de 101 volts con la resistencia de carga de 47 ohms. La potencia en la carga es de 21 7 Watts.

Si se disminuye el ángulo de disparo a, el voltaje promedio aumentará, entonces si el ángulo de disparo a es 00, el vo taje promedio en la carga será máximo, en este caso 305V, ver Fig. 10. Cabe recalcar, que el circuito completo, con la carga resistiva de 47 ohms y un voltaje promedio máximo CD max V de 305 volts, presentó una potencia Omax P en la salida dada por (5): Guiándonos por los pulsos de disparo que se ven en la Fig. 10, y puesto que el periodo de voltaje de alimentación es de 16. 7ms (1160 Hz), en ese periodo deben de formarse 6 pulsos en el voltaje de salida, de ahí proviene el nombre común de rectificador de 6 pulsos.

En la Flg. 11 se muestra la gráfica del vo taje de salda, se observa que el ángulo a es aproximadamente 1350, y su correspondiente voltaje promedio de 25V. para concluir la sección, se muestra en la Fig. 12 el circuito final de la etapa de potencia. El acoplamiento entre las etapas de control e muestra en la Fig. acoplamiento entre las etapas de control y potencia se muestra en la Fig. 13 y el diseño completo de la etapa de control en la Fig. 14. CONCLUSIONES En este artículo se mostró el diseño de un convertidor controlado trifásico CAICD.

Este diseño se encuentra al alcance de estudiantes de licenciaturas en electronica pues se basa en conocimiento básicos de configuraciones de amplificadores operacionales, JFET’s, circuitos RCy pnncpios básicos de tlristores, por lo que es apto para realizar prácticas de laboratorio a nivel licenciatura. Este circuito fue implementado de manera práctica y las formas de onda resultantes se mostraron de manera gráfica. Debido a su configuración de control, el voltaje promedio de salida puede er ajustado de manera manual a través de un potenciómetro o inclusive por medio de una señal de referencia externa.

Una de las desventajas de este circuito puede ser el gran numero de componentes que necesita para su implementación, Sln embargo posee la característica de que el disparo de cada SRC’s independiente. Otro método a explorar a futuro, puede explotar la propiedad de que los disparos entre los SCR están desfasados 600. Así, solo se genera el disparo del primer tiristor y los subsiguientes se obtienen por repetición del mismo, manteniendo 600 de desfasamiento. 81_1f8